错孔相向射流作为船闸输水系统中最基本的流动现象,其流动特性是闸室内众多水力现象形成的内在本质原因,亦是船舶停泊条件的微观体现,直接反映输水系统水力性能的优劣。深入系统地开展错孔相向射流流动特性的基础性研究,不仅对认识错孔相向射流流动结构、揭示射流间相互作用机制有着重要的理论意义,而且对简化输水系统布置、提高输水效率和增加通过能力也具有重要的工程实践意义。本文以国家自然科学基金项目“船闸输水系统多孔相向紊动射流流动结构及消能机理研究”(基金编号:51509027)为背景,基于自主研发的错孔相向射流实验系统,利用二维粒子图像测速技术(PIV),并结合理论分析,对有限空间中单孔射流和错孔相向射流流动特性进行了较为系统的研究。取得的主要研究成果如下:(1)基于最大速度衰减变化规律,研究发现在有限空间中单孔射流流场中存在3个明显不同的衰减区,划分为自由边界下三维壁面射流区、垂直挡板影响区和近壁区。实验结果表明在垂直挡板影响区内,各速度剖面分布具有较高的相似性。在此基础之上,基于自相似理论,采用积分方法和量纲分析方法,导出了垂直挡板影响区内速度半宽值和最大速度衰减的公式。同时,根据垂直挡板影响区内时均流动特征和紊动特性的实验结果,研究发现其与半无限空间中单孔三维壁面射流径向型衰减区的流动特性相似,可将垂直挡板影响区视为提前进入径向型衰减区。(2)运用直接拍摄方法和油流方法,提出了错孔相向射流流场的分区结构,可划分为未受影响区和相向掺混区。基于这两个区域内不同的掺混机制,采用无量纲轴线紊动能k_d的数学模型,较为准确地识别了未受影响区和相向掺混区的分界点纵向位置。在此基础之上,计算得到各工况的相向掺混区长度l_v,并建立了l_v与错距d、流速比R之间的关系式,二者皆服从线性方程。(3)基于错孔相向射流流场中U速度实验结果,并对比有限空间中单孔射流流场,结果表明在相向掺混区内,各U速度剖面分布不具有自相似性,也不服从高斯方程。由于射流间存在复杂的相互作用,U速度分布曲线将沿射流轴线发生偏移,研究表明此偏移量与错距呈反比,而与流速比为正比关系。同时,基于各工况中相向掺混区的实测速度场,统计分析主射流内侧展向半宽值与轨迹线速度衰减。结果表明,当相向掺混区内存在较大的相互作用时,主射流内侧展向半宽值扩展率与错距符合指数函数关系,但它对流速比变化的敏感性较差;主射流轨迹线速度衰减指数与错距为对数函数关系,且与流速比呈指数函数关系。(4)根据错孔相向射流实测时均流场,应用流线分析法,识别了其时均流场中的漩涡,并获取了错距和流速比对漩涡分特性的影响规律。研究表明,当错距d与径向距离s的比值小于等于0.15时,流场内存在左右两个对称、呈逆时针旋转的椭圆形漩涡;随着d/s的增加,射流间相互作用减小,左右漩涡逐渐脱落、合并,融合成单个尺度较大的漩涡;当流速比较小时,主射流占据绝对主导地位,形成一对偏离主射流的椭圆形漩涡;随着流速比的增大,副射流对主射流的作用增强,左右漩涡逐渐向主射流逼近。(5)基于错孔相向射流脉动场的测量计算结果,研究探讨了错距和流速比对相向掺混区内各紊动量分布的影响规律。结果表明,相向掺混区典型剖面内紊动量实测值大小与错距呈反比,而与流速比为正比关系。与此同时,对错孔相向射流相向掺混区内流动特性进行了总结,据此提出了一个较优的错距与流速比区间,即0.15≤d/s≤0.20、0.7≤R≤1.0,可为船闸输水系统的设计提供参考。